[发明专利]高功率和长循环的锂电池正极材料及制备方法

说明书

本发明适用于锂电池正极材料制造领域，提供一种高功率和长循环的锂电池正极材料及制备方法，本发明采用两步法制备锂电池正极材料，首先以改性MOF为模板，通过调控金属溶液、氨水(低氨值)及氢氧化钠的进料速度、控制反应溶液的pH和固含量，合成高功率型的镍钴锰氧化物前驱体，然后再通过烧结、破碎、水洗、烘干及包覆处理，制备满足需求的正极材料，该正极材料的内部为多孔结构，具有比较高的比表面积，且颗粒尺寸小，与电解液的接触面积，保证电解液充分地浸润正极材料，为大电流高倍率充放电提供有效支撑，同时也提高了正极材料的循环使用性能和寿命。

技术领域

本发明属于锂电池正极材料制造领域，尤其涉及一种高功率和长循环的锂 电池正极材料及制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负 极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充 电时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相 反，电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。

锂离子电池与其它充电电池不同，锂离子电池在充放电过程中，随着使用 次数的增加，其容量会缓慢衰退，并且在充电过程中电极容易脱嵌过多锂离子， 导致晶格坍塌，同时会降低Li⁺电导率，导致电池的阻抗、内耗增加以及倍率性 能降低，从而缩短使用寿命。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种高功率和长循环的锂电池正极 材料及制备方法，旨在解决现有的锂电池正极材料存在电导率低、倍率性能低 以及使用寿命短的技术问题。

一方面，所述高功率和长循环的锂电池正极材料的制备方法，包括下述步 骤：

步骤S1、以偏铝酸钠、对苯二甲酸和氢氧化钠为反应原料制备MOFs材料；

步骤S2、按照一定的金属摩尔比称取镍源、钴源和锰源，配置成混合溶液 A；以氢氧化钠溶液为底液，加入一定量的乳化剂和步骤S1中所得的MOFs材 料，搅拌均匀后得到混合溶液B；配置低浓度的氨水溶液C；然后将A、B、C 三种溶液按照反应摩尔比以不同的流速通入反应釜内，控制溶液的pH，反应一 段时间后经固液分离得到沉淀物，再将所得沉淀物洗涤、干燥和高温煅烧，即 得到镍钴锰氧化物；

步骤S3、将步骤S2所得镍钴锰氧化物和锂源按一定比例混合均匀，依次 经烧结、破碎、水洗、烘干后，然后将烘干物与硼酸粉末混合均匀，采用干法 包覆，即得到高功率和长循环的锂电池正极材料。

具体的，步骤S2中，所述金属摩尔比为n_Ni：n_Co：n_Mn＝80:10:10，所述镍 源、钴源和锰源使用的是其对应的硫酸盐或硝酸盐，所述氢氧化钠溶液的浓度 为4.0mol/L，所述氨水溶液的浓度为0.2～0.4mol/L，所述乳化剂为十六烷基三 甲基溴化铵，其中混合溶液A的流速为2～3L/h，混合溶液B的流速为2～3L/h， 氨水溶液C的流速为8～10L/h。

具体的，步骤S2中，反应釜内温度为40-80℃，溶液的pH稳定在11.0～ 12.8，反应时间为15-40h，反应过程通入氮气进行保护。

具体的，步骤S3中，在纯氧气氛炉内进行烧结，烧结温度为800℃，烧结 时间为10～12h。

具体的，步骤S1中，反应原料在室温下搅拌1h，混合均匀后利用微波在 120℃下加热反应2h，得到悬浊液，将悬浊液沉淀后用去离子水清洗数次后干 燥，即得到MOFs材料。

另一方面，本发明还提供一种高功率和长循环的锂电池正极材料，所述正 极材料采用上述方法制备得到。